Čo bolo objavené pomocou optického mikroskopu. „Otec“ mikroskopu alebo kto vynašiel toto zariadenie

História vzniku prvého mikroskopu je plná tajomstiev a špekulácií. Ani jeho vynálezcu nie je také ľahké pomenovať. Je však spoľahlivo známe, že úplne prvé záznamy o mikroskope pochádzajú z roku 1595. Nesú meno Zachary Jansen, syn holandského výrobcu okuliarov Hansa Jansena.

Zachary vyrastal ako zvedavý chlapec a veľa času trávil v otcovej dielni. Jedného dňa v neprítomnosti svojho otca vyrobil nezvyčajnú fajku z kovového valca a úlomkov skla. Jeho zvláštnosťou bolo, že pri pohľade cez neho sa okolité predmety zväčšovali, boli oveľa bližšie a akoby boli na dĺžku paže. Chlapec sa snažil pozerať na predmety cez druhý koniec trubice. Predstavte si jeho prekvapenie, keď ich videl malých a veľmi vzdialených.

Zachary o svojom nezvyčajnom zážitku porozprával otcovi, ktorý syna na tejto ceste všemožne povzbudzoval. Hans Jansen bez toho, aby o tom vedel, vylepšil „magickú“ fajku – kovový valec nahradil systémom rúrok, ktoré sa dali do seba zložiť. Teraz je prezeranie objektov ešte zaujímavejšie, pretože sú jasnejšie a väčšie. Vďaka meniacej sa dĺžke tubusu bolo možné priblížiť či vzdialiť obraz, skúmať drobné detaily a vidieť to, čo predtým nebolo možné vidieť žiadnymi okuliarmi.

Takže v dôsledku detskej zábavy, historický objav- vznikol prvý mikroskop a ľudstvo dostalo možnosť zoznámiť sa s novým, dovtedy nevídaným svetom - svetom mikroskopických tvorov. A hoci zväčšenie mikroskopu bolo len 3- až 10-násobné, bol to objav najväčšieho významu!

Postupne sa chýry o zväčšovacej trubici rozšírili ďaleko za Holandsko a dostali sa do Talianska, kde žil Galileo Galilei a vyučoval astronómiu na univerzite v meste Padova. Veľmi rýchlo si uvedomil výhody nového vynálezu a na základe toho vytvoril vlastnú zväčšovaciu trubicu. O niečo neskôr v osobnom laboratóriu Galileo Galilei založil výrobu jednoduchých mikroskopov.

Postupom času sa v roku 1648 v Holandsku budúci zakladateľ vedeckej mikroskopie Antonie van Leeuwenhoek zoznámil s mikroskopom. Toto zariadenie uchvátilo mladého Leeuwenhoeka natoľko, že ho voľný čas sa začal venovať štúdiu vedeckých prác, venovaný výskumu mikrosvet. Paralelne s čítaním kníh si mladý Leeuwenhoek osvojil profesiu brusiča šošoviek, čo mu neskôr umožnilo vytvoriť si vlastný mikroskop s až 500-násobným zväčšovaním. S jeho pomocou sa mu to podarilo veľké množstvo významné objavy. Ako prvý napríklad opísal baktérie a nálevníky, objavil a načrtol červené krvinky – červené krvinky, vlákna očnej šošovky, svalové vlákna a kožné bunky.

Súčasne s Leeuwenhoekom pracoval na vylepšení mikroskopu ďalší veľký vedec, ktorý zaviedol obrovský prínos v mikroskopii - Angličan Robert Hooke. Nielenže skonštruoval model mikroskopu, ktorý sa líšil od ostatných, ale tiež starostlivo študoval štruktúru buniek rastlín a niektorých živočíchov a načrtol ich štruktúru. V jeho vedecká práca s názvom "Mikrografia" od Hooka Detailný popis bunková stavba bazy čiernej, mrkvy, kôpru, oka muchy, krídla včely, lariev komárov a mnoho ďalších. Mimochodom, bol to Hooke, kto zaviedol pojem „bunka“ a dal mu vedeckú definíciu.

Ako sa ľudstvo vyvíjalo, štruktúra mikroskopu sa stávala zložitejšou a vylepšenou, objavili sa nové typy mikroskopov s väčším zväčšovacím a zvýšená kvalita Snímky. Dnes existuje obrovské množstvo mikroskopov - optické, elektronické, skenovacia sonda, röntgen. Všetky sú určené na zväčšovanie mikroskopických objektov a ich podrobné štúdium, no sú neporovnateľne výkonnejšie a multifunkčnejšie ako svetelné mikroskopy.

Aby sme pochopili, čo sa deje v mikro- a megasvete, sú potrebné zložité zariadenia. Prvými krokmi k pochopeniu týchto svetov boli vynálezy mikroskopu a ďalekohľadu.

Už v stredoveku bolo známe, že pomocou zakriveného skla je možné zmeniť zrakové vnímanie. Aktívnym propagátorom používania zväčšovacích skiel a šošoviek bol anglický mních. Roger Bacon, ktorý žil v 13. storočí. Približne v rovnakom čase ľudia začali používať okuliare na korekciu zrakových chýb. Avšak, všetky tieto primitívne optické prístroje nedal možnosť vidieť niečo nové v porovnaní s tým, čo vidí človek s normálnym zrakom. Pokusy o zosilnenie zväčšovacieho účinku šošoviek viedli k vynálezu takzvaného zloženého mikroskopu - zariadenia pozostávajúceho z dvoch šošoviek (šošoviek a okuláru), ktoré postupne prechádzajú cez ktoré svetlo vytvára zväčšený obraz predmetného objektu na citlivej membráne. oka. Stalo sa tak koncom 16. alebo začiatkom 17. storočia, no nie je presne známe, kto bol prvým vynálezcom takéhoto mikroskopu. V každom prípade, v roku 1609 Galileo prvýkrát predviedol vedeckej komunite zariadenie, ktoré navrhol a ktoré nazval „occhiolino“, čo znamená „ malé oko" Toto mohol byť prvý mikroskop, aj keď neskôr boli ďalší uchádzači o tento vynález. Samotné slovo „mikroskop“ vymyslel Galileov priateľ Giovanni Faber analogicky s ďalekohľadom, ktorý už v tom čase existoval.

Prvé mikroskopy však neumožňovali získať jasný obraz kvôli nedokonalému vylešteniu skla. Napriek tomu, Robert Hooke v roku 1664 pri skúmaní časti korku objavil bunky. Skutočná revolúcia vo vývoji mikroskopické štúdie vyrobené v roku 1674 Holanďanom Anthony van Leeuwenhoek(Obr. 95, A).

Ryža. 95. Mikroskopy: A – Leeuwenhoekov mikroskop bol mimoriadne jednoduchý a bola to doštička so šošovkou v strede; B – moderný svetelný mikroskop; B – elektrónový mikroskop

Počas práce strážcu na miestnom mestskom úrade, počas služby, trénoval brúsenie šošoviek a čoskoro dosiahol takú dokonalosť, že jednoduchým pohľadom na kvapku vody cez šošovku, ktorú mal nabrúsenú vo vhodnom osvetlení, videl absolútne Nový svet. Bol to svet dovtedy neznámych živých organizmov, ktoré Leeuwenhoek nazval „malými zvieratkami“. Za tento objav bol zvolený za člena korešpondenta Kráľovskej spoločnosti v Londýne, hoci absolútne nerozumel žiadnej vede.

Následne vylepšené techniky brúsenia šošoviek umožnili zvýšiť rozhodnutie zložený mikroskop (obr. 95, B). Tento termín sa vzťahuje na schopnosť mikroskopu vytvoriť jasný, oddelený obraz dvoch bodov na objekte. Jednoducho povedané, ide o najmenšiu veľkosť objektu, ktorú možno vidieť pod mikroskopom. Všetko, čo vidíme vo všeobecnosti a najmä v mikroskope, je odrazom svetla od uvažovaného objektu. Ale vieme, čo je svetlo elektromagnetická vlna, ktorý má vlastnosti ako frekvencia a dĺžka. Okrem toho takéto vlny, rovnako ako všetky ostatné, majú vlastnosť difrakcie, to znamená schopnosť ohýbať sa okolo malých predmetov. V dôsledku difrakcie nie je možné pod mikroskopom rozlíšiť predmety menšie ako polovica vlnovej dĺžky odrazeného svetla. Pripomeňme, že vlnová dĺžka elektromagnetická radiácia vo viditeľnej časti spektra je približne od 400 do 700 nm. To znamená, že tradičné optické mikroskopy, ktoré využívajú ako zdroj osvetlenia viditeľné svetlo, nám môže umožniť vidieť objekty, ktorých rozmery nie sú menšie ako táto hodnota (obr. 96). Preto maximálne zväčšenie, ktoré je možné s ich pomocou dosiahnuť, nemôže byť väčšie ako 2000.

Na zvýšenie rozlíšenia je potrebné osvetliť predmetný objekt žiarením, ktorého vlnová dĺžka je kratšia ako vlnová dĺžka viditeľného svetla.

Ryža. 96. Oko vážky viditeľné pri pozorovaní voľným okom (A) a pod mikroskopom (B)

Ryža. 97. Galileov ďalekohľad.

Ukázalo sa, že toto žiarenie sú elektróny. Na začiatku 20. stor. Zistilo sa, že elektrón možno považovať nielen za časticu, ale aj za žiarenie s vlnovou dĺžkou v rozsahu röntgenových lúčov. A keďže elektróny majú na rozdiel od svetla aj elektrický náboj, ich lúče sa dajú zaostriť pomocou magnetických šošoviek. Na základe týchto predstáv sa v roku 1931 začal vývoj elektrónový mikroskop, umožňujúce získať snímky objektov s až miliónnásobným zväčšením (obr. 95, B). Následne sa technológia na vytváranie mikroskopov neustále zdokonaľovala a teraz už moderné mikroskopy umožňujú vidieť aj jednotlivé atómy.

Výskum objektov nachádzajúcich sa na dlhé vzdialenosti zo Zeme a patriaci do megasveta, začal vynálezom ďalekohľad(Obr. 97). Pred ďalekohľadom bol ďalekohľad alebo, ako sa tomu hovorilo, ďalekohľad, ktorý sa používal od začiatku 17. storočia. Rozšíril sa však až vtedy, keď sa dostal do rúk Galilea. Toto zariadenie vylepšil a prvýkrát v roku 1609 uhádol nasmerovať túto fajku k oblohe, čím ju premenil na ďalekohľad. Aj keď bolo Galileovo zariadenie pomerne primitívne, vedcovi sa v priebehu niekoľkých rokov podarilo zvýšiť jeho zväčšovaciu schopnosť z troch na tridsaťdvakrát, čo mu umožnilo urobiť množstvo dôležitých objavov. Následným vylepšeniam ďalekohľadu a výskumom realizovaným s ich pomocou sa budeme podrobnejšie venovať v ďalšej kapitole. A teraz budeme pokračovať v oboznamovaní sa so štruktúrou mikrosveta.

Od pradávna chcel človek vidieť veci oveľa menšie, než ich dokáže vnímať voľné oko. Dnes sa už nedá povedať, kto ako prvý použil šošovky, ale je napríklad spoľahlivo známe, že naši predkovia už pred viac ako 2 tisíc rokmi vedeli, že sklo dokáže lámať svetlo.

V druhom storočí pred naším letopočtom Claudius Ptolemaios opísal, ako sa palica „ohýba“, keď sa ponorí do vody, a dokonca veľmi presne vypočítal konštantu lomu. Ešte skôr, v Číne, sa zariadenia vyrábali zo šošoviek a trubice naplnenej vodou, aby „videli neviditeľné“.

V roku 1267 Roger Bacon opísal princípy šošoviek a Všeobecná myšlienkaďalekohľad a mikroskop, ale až koncom 16. storočia začali Zachary Jansen a jeho otec Hans, výrobcovia okuliarov z Holandska, experimentovať so šošovkami. Do tubusu umiestnili niekoľko šošoviek a zistili, že objekty, ktoré sa cez ňu pozerajú, vyzerajú oveľa väčšie ako pod obyčajnou lupou.

Ale tento ich „mikroskop“ bol skôr kuriozitou ako vedeckým prístrojom. Je tam popis nástroja, ktorý otec a syn vyrobili pre kráľovskú rodinu. Pozostával z troch posuvných rúr s celkovou dĺžkou niečo vyše 45 centimetrov a priemerom 5 centimetrov. Po zatvorení sa zväčšil 3-krát a pri úplnom otvorení sa zväčšil 9-krát, hoci obraz bol trochu rozmazaný.

V roku 1609 vytvoril Galileo Galilei zložený mikroskop s konvexnými a konkávnymi šošovkami a v roku 1612 predložil toto „occhiolino“ („malé oko“) poľskému kráľovi Žigmundovi III. O niekoľko rokov neskôr, v roku 1619, holandský vynálezca Cornelius Drebbel predviedol v Londýne svoju verziu mikroskopu s dvoma vypuklými šošovkami. Samotné slovo „mikroskop“ sa však objavilo až v roku 1625, keď ho analogicky s „teleskopom“ vynašiel nemecký botanik z Bambergu Johann (Giovanni) Faber.

Z Leeuwenhoeku do Abbe

V roku 1665 anglický prírodovedec Robert Hooke zdokonalil svoj zväčšovací prístroj a pri štúdiu kôry korkového duba objavil elementárne jednotky štruktúry, bunky. O 10 rokov neskôr sa holandskému vedcovi Antoniemu van Leeuwenhoekovi podarilo získať ešte pokročilejšie šošovky. Jeho mikroskop zväčšil objekty 270-krát, zatiaľ čo iné podobné zariadenia dosiahli sotva 50-násobné zväčšenie.

Lenwenhoek vďaka svojim kvalitným brúseným a lešteným šošovkám urobil mnoho objavov – ako prvý videl a opísal baktérie, kvasinkové bunky, pozoroval pohyb krviniek v kapilárach. Celkovo vedec vyrobil najmenej 25 rôznych mikroskopov, z ktorých sa do dnešného dňa zachovalo iba deväť. Existujú návrhy, že niektoré zo stratených zariadení mali dokonca 500-násobné zväčšenie.

Napriek všetkým pokrokom v tejto oblasti zostali mikroskopy počas nasledujúcich 200 rokov prakticky nezmenené. Až v 50. rokoch 19. storočia nemecký inžinier Carl Zeiss začal zdokonaľovať šošovky pre mikroskopy vyrábané jeho spoločnosťou. V 80. rokoch 19. storočia najal Otta Schotta, špecialistu na optické okuliare. Jeho výskum umožnil výrazne zlepšiť kvalitu zväčšovacích zariadení.

Ďalší zamestnanec Carl Zeiss, optický fyzik Ernst Abbe, zlepšil samotný proces výroby optických prístrojov. Predtým sa všetka práca s nimi vykonávala pokusom a omylom; Abbe pre nich vytvoril teoretický základ, vedecky podložené výrobné metódy.

S rozvojom technológie sa objavil mikroskop, ktorý poznáme dnes. Teraz sú však optické mikroskopy schopné zaostriť na objekty väčšie ako alebo rovná dĺžke vlny svetla už nedokázali uspokojiť vedcov.

Moderné elektrónové mikroskopy

V roku 1931 nemecký fyzik Ernst Ruska začal pracovať na vytvorení prvého elektrónového mikroskopu (transmisný elektrónový mikroskop). V roku 1986 dostane za tento vynález Nobelovu cenu.

V roku 1936 vynašiel nemecký vedec Erwin Wilgel Müller elektronický projektor (poľný elektrónový mikroskop). Zariadenie umožnilo miliónkrát zväčšiť obraz pevného telesa. O 15 rokov neskôr Muller urobil ďalší prelom v tejto oblasti – poľný iónový mikroskop, ktorý dal fyzikovi možnosť vidieť atómy po prvý raz v histórii ľudstva.

Paralelne prebiehali ďalšie práce. V roku 1953 dostal Holanďan Fritz Zernike, profesor teoretickej fyziky, Nobelovu cenu za vývoj mikroskopie s fázovým kontrastom. V roku 1967 Erwin Müller vylepšil svoj poľný iónový mikroskop pridaním hmotnostného spektrometra doby letu, čím vytvoril prvú „atómovú sondu“. Toto zariadenie umožňuje nielen identifikovať jednotlivý atóm, ale aj určiť pomer hmotnosti a náboja iónu.

V roku 1981 Gerd Binnig a Heinrich Rohrer z Nemecka vytvorili skenovací (rastrový) tunelový mikroskop; O päť rokov neskôr Binnig a jeho kolegovia vynašli skenovací mikroskop atómovej sily. Na rozdiel od predchádzajúceho vývoja umožňuje AFM skúmať vodivé aj nevodivé povrchy a skutočne manipulovať s atómami. V tom istom roku dostali Binnig a Rohrer Nobelovu cenu za STM.

V roku 1988 traja vedci z Veľkej Británie vybavili Müllerovu „atómovú sondu“ polohovo citlivým detektorom, ktorý umožnil určovať polohu atómov v troch rozmeroch.

V roku 1988 japonský inžinier Kingo Itaya vynašiel elektrochemický skenovací tunelový mikroskop a o tri roky neskôr bol navrhnutý mikroskop Kelvinovej sondy, bezkontaktná verzia mikroskopu atómovej sily.

Zobraziť všetky snímky

IN modernom svete Mikroskop sa považuje za nepostrádateľné optické zariadenie. Je ťažké si predstaviť takéto oblasti bez toho ľudská aktivita ako je biológia, medicína, chémia, vesmírny výskum, genetické inžinierstvo.

Mikroskopy sa používajú na štúdium širokej škály objektov a umožňujú najmenšie detaily zvážiť štruktúry, ktoré sú voľným okom neviditeľné. Komu ľudstvo vďačí za vzhľad tohto užitočného zariadenia? Kto a kedy vynašiel mikroskop?

Kedy sa objavil prvý mikroskop?

História zariadenia siaha až do staroveku. Schopnosť zakrivených povrchov odrážať a lámať sa slnečné svetlo si všimol už v 3. storočí pred Kristom bádateľ Euclid. Vo svojich prácach vedec našiel vysvetlenie pre vizuálne zväčšenie predmetov, ale potom jeho objav nenašiel praktické uplatnenie.

Najviac skoré informácie o mikroskopoch sa vracia k XVIII storočia. V roku 1590 holandský majster Zachary Jansen umiestnil dve okuliarové šošovky do jednej trubice a bol schopný vidieť predmety zväčšené 5 až 10-krát.



Neskôr slávny prieskumník Galileo Galilei vynašiel ďalekohľad a upozornil na zaujímavá vlastnosť: Ak ho zatlačíte ďaleko od seba, môžete výrazne zväčšiť malé predmety.

Kto postavil prvý model optického zariadenia?

Skutočný vedecko-technický prelom vo vývoji mikroskopu nastal v 17. storočí. V roku 1619 holandský vynálezca Cornelius Drebbel vynašiel mikroskop s konvexnými šošovkami a na konci storočia ďalší Holanďan Christiaan Huygens predstavil svoj model, v ktorom sa dali nastavovať okuláre.

Pokročilejšie zariadenie vynašiel vynálezca Anthony Van Leeuwenhoek, ktorý vytvoril zariadenie s jednou veľkou šošovkou. Počas nasledujúceho storočia a pol dal tento produkt najvyššia kvalita obrázky, a preto je Leeuwenhoek často označovaný za vynálezcu mikroskopu.

Kto vynašiel prvý zložený mikroskop?

Existuje názor, že optické zariadenie nevynašiel Leeuwenhoek, ale Robert Hooke, ktorý v roku 1661 vylepšil Huygensov model pridaním ďalšej šošovky. Výsledný typ zariadenia sa stal jedným z najpopulárnejších vo vedeckej komunite a bol široko používaný až do polovice 18. storočia.



Následne sa na vývoji mikroskopu podieľalo mnoho vynálezcov. V roku 1863 Henry Sorby vynašiel polarizačné zariadenie, ktoré umožnilo študovať a v 70-tych rokoch 19. storočia Ernst Abbe vyvinul teóriu mikroskopov a objavil bezrozmernú hodnotu „Abbeho číslo“, ktorá prispela k výrobe pokročilejších optických zariadení.

Kto je vynálezcom elektrónového mikroskopu?

V roku 1931 si vedec Robert Rudenberg patentoval nové zariadenie, ktoré dokázalo zväčšiť objekty pomocou lúčov elektrónov. Prístroj sa nazýval elektrónový mikroskop a našiel široké uplatnenie v mnohých vedách vďaka vysokému rozlíšeniu, tisíckrát väčšiemu ako konvenčná optika.

O rok neskôr vytvoril Ernst Ruska prototyp moderného elektronického zariadenia, za ktorý bol ocenený nobelová cena. Už koncom 30. rokov 20. storočia sa jeho vynález začal vo veľkom využívať v vedecký výskum. V tom istom čase začal vyrábať aj Siemens elektrónové mikroskopy určené na komerčné využitie.

Kto je autorom nanoskopu?

Najinovatívnejšia odroda optický mikroskop Dnes je to nanoskop, ktorý v roku 2006 vyvinula skupina vedcov vedená nemeckým vynálezcom Stefanom Hellom.



Nové zariadenie umožňuje nielen prekonať bariéru Abbeho čísla, ale poskytuje aj možnosť pozorovať objekty s rozmermi 10 nanometrov alebo menej. Okrem toho prístroj poskytuje vysokokvalitné trojrozmerné snímky objektov, ktoré boli doteraz u bežných mikroskopov nedostupné.